Innowacyjna technika obtryskiwania poprawia jakość urządzeń fotonicznych
Włączając komputer, telewizor lub telefon, korzystamy z urządzenia fotonicznego, czyli systemu, który tworzy światło, manipuluje nim i wykrywa je. Jednak produkcja tych urządzeń nie jest odpowiednio efektywna, elastyczna, ekonomiczna ani zrównoważona pod względem środowiskowym. „Procesy produkcyjne wywodzą się z mikroelektroniki, a zatem wiążą się z ręcznym montażem, zwłaszcza na późniejszych etapach”, mówi Nerea Otero-Ramudo, koordynatorka finansowanego przez UE projektu FLOIM. Zespół FLOIM opracował nową zautomatyzowaną technologię produkcji urządzeń optoelektronicznych. Oparte na wtryskiwaniu tworzyw termoplastycznych obtryskiwanie polega na osadzaniu komponentów bezpośrednio na urządzeniu, co zespół zademonstrował, tworząc przedprzemysłową linię pilotażową pozwalającą na produkcję w pełni funkcjonalnych urządzeń. „Konkurencyjność naszego rozwiązania została oceniona za pomocą różnych analiz techniczno-ekonomicznych, które wykazały znaczną poprawę w stosunku do obecnych podejść, pod względem kosztów, jakości, elastyczności i ekoefektywności”, dodaje Otero-Ramudo, która pracuje dla Centruym Technologicznego AIMEN, będącego gospodarzem projektu.
Obtryskiwanie
Dzięki innowacyjnemu rozwiązaniu FLOIM cechy pożądanego elementu optoelektronicznego są nanoszone na powierzchnię formy lub na powierzchnię metalowej wkładki przymocowanej do formy. Następnie wnęka wypełniana jest roztopionym polimerem. Po zastygnięciu zachowuje on pożądane cechy optyczne, a jednocześnie otacza wszystkie poszczególne elementy. „Rozwiązanie to jest niezwykle elastyczne, ponieważ pozwala zmieniać cechy optyczne poprzez zamianę wkładu formy na inny, o innym wzorze. Zastąpienie tworzyw termoutwardzalnych i szkła materiałami termoplastycznymi jest również bardziej ekologiczne i tańsze oraz ułatwia obróbkę”, wyjaśnia Otero-Ramudo. Przed zbudowaniem form zespół przeprowadził kilka symulacji optycznych, aby zoptymalizować ich konstrukcję. Opracowaną technikę przetestowano przy pomocy dwóch demonstratorów. Zespół stworzył głowicę enkodera optycznego (OEH) – niewielkie urządzenie przetwarzające światło na sygnały elektryczne – którego obudowa również została wykonana przy użyciu formowania wtryskowego. Do demonstracji pilotażowej linii montażowej wybrano również światłowód transceiver (FOT), przeznaczony do szybkiej wymiany danych. „Wyprodukowaliśmy setki sztuk, z powodzeniem demonstrując pełną funkcjonalność oraz doskonałą wydajność optyczną i elektryczną urządzenia”, mówi Otero-Ramudo.
Wykrywanie wad
Próbki demonstracyjne zostały ocenione za pomocą zamontowanego w formie systemu koherencyjnej tomografii optycznej (OCT) w celu wykrycia niedopasowania formy z komponentami. Dodatkowo opracowano moduł mechatroniczny do zmiany położenia formy i korygowania odchyleń. OCT pozwala także wykryć wady na próbkach po procesie wtryskiwania, takie jak pęknięcia czy pęcherzyki powietrza. Zespół skonstruował również moduł, oparty na czujniku światłowodowym, do monitorowania procesu wypełniania gniazda formy w czasie rzeczywistym, a z linią pilotażową zintegrowano stanowisko do oceny jakości i osiągów produkowanych urządzeń. „Opracowaliśmy też system predykcyjnej kontroli jakości oparty na sieciach neuronowych i wykorzystujące dane pochodzące z innych łańcuchów produkcyjnych formowania wtryskowego”, mówi Otero-Ramudo.
Zwiększona konkurencyjność i bezpieczeństwo Europy
Rozwiązania powstałe w projekcie FLOIM przyczynią się do zwiększenia europejskiej produkcji urządzeń fotonicznych. Pozwoli to nie tylko zwiększyć dochody europejskich przedsiębiorstw, ale także stworzyć niezawodny europejski łańcuch dostaw komponentów. „Pomyślne przetestowanie formowania wtryskowego w produkcji urządzeń optoelektronicznych otwiera drzwi do powstania łatwiej dostępnych i tańszych urządzeń niestandardowych, takich jak innowacyjne systemy oświetleniowe. Nasze demonstratory mogłyby przynieść korzyści odczuwane bezpośrednio w życiu codziennym dzięki szybszej komunikacji i lepszej jakości produktów”, zauważa Otero-Ramudo. Linia pilotażowa dla FOT zostanie teraz zmodernizowana, aby umożliwić jej niezawodne działanie w skali przemysłowej. Dzięki temu, że poszczególne elementy OEH zostały już osobno zatwierdzone, trwają prace nad ich integracją w ramach jednego procesu wtryskiwania. „Partnerzy projektu znaleźli już potencjalnych odbiorców i są gotowi do rozpoczęcia korzystania z obu demonstratorów”, dodaje na koniec Otero-Ramudo.
Słowa kluczowe
FLOIM, obtryskiwanie, formowanie wtryskowe, fotoniczne, optoelektroniczne, LED, termoplastyczne, polimerowe, transceiver światłowodowy, głowica enkodera optycznego
